磁耦合谐振式无线能量传输技术研究

发布时间：2017-08-19 11:09

  本文关键词：磁耦合谐振式无线能量传输技术研究

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【摘要】：无线能量传输技术是一种以电磁场为介质的能量传输技术,主要包含三种方式:磁耦合谐振式、感应耦合式、微波辐射式,与后两者相比,磁耦合谐振式无线能量传输在中等距离、中等功率方面表现出良好的特性,具有重要的理论和实践价值。本文对磁耦合谐振式无线能量传输进行了建模分析。通过对两级线圈不同传输距离情况下效率评价指标片面性的研究,提出了系统评价的综合指标:效率与距离乘积,综合评价指标能够同时兼顾系统的传输效率和距离。基于该综合评价指标可以对无线能量传输系统中的两级线圈的传输距离进行优化。采用该指标对系统的传输效果进行评价,使两线圈之间进行不同距离传输时兼顾了传输效率和传输距离。本文探讨了负载的变化对系统性能指标产生的影响。通过对系统模型的分析可知,负载参数变化降低了系统的性能指标。为了减弱负载变化对系统产生的不利影响,将DC/DC变换器(直流变换器)作为负载调制结构引入E2(E类逆变-E类整流)传输结构。通过调节DC/DC变换器占空比可实现对不同负载电阻的调制,从而实现了将变化的负载电阻匹配到系统的最优负载电阻值。对不同的负载电阻实现匹配调制后,系统的输出功率和输出效率可以维持在比较高的传输水平。当负载变化时为了降低系统的复杂程度和维持系统正常工作,对标准型E类功率放大器参数进行了改进设计。通过对改进电路MOSFET漏源电压波形的分析,当扼流圈和MOSFET并联电容的谐振频率为1.5倍系统工作频率时,负载电阻的变化对MOSFET漏源电压波形的影响较小,因此MOSFET的软开关状态得以维持,电路可以继续正常工作。通过仿真和实验对本文的研究内容进行了验证。首先是两线圈距离传输特性实验,基于综合评价指标,两线圈之间的最优传输距离为45厘米,效率为60%;其次为带阻抗匹配网络和不带阻抗匹配网络之间的系统性能对比实验,阻抗匹配网络条件下的性能指标明显优于不带阻抗匹配网络的;最后验证了参数改进型E类功率放大器相比于标准型E类功率放大器在负载变化时可以维持正常工作。
【关键词】：磁耦合谐振 E类整流 负载调制型E2传输结构 参数改进型E类功率放大器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 传输功率、效率研究9-13
• 1.2.2 传输距离研究13-15
• 1.3 各方案总结与评价15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 磁耦合谐振式无线能量传输系统建模17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 磁耦合谐振式系统的组成17
• 2.3 无线能量传输系统的建模17-22
• 2.3.1 两线圈谐振系统建模17-20
• 2.3.2 三线圈谐振系统建模20-22
• 2.4 负载和耦合系数变化对系统性能的影响22-25
• 2.4.1 负载变化对系统性能影响23-24
• 2.4.2 耦合系数变化对系统性能影响24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 磁耦合谐振式系统的设计与分析26-41
• 3.1 引言26
• 3.2 谐振网络的设计26-30
• 3.2.1 耦合线圈26-29
• 3.2.2 谐振电容29-30
• 3.3 高频逆变电路的设计30-35
• 3.3.1 E类功率放大器的工作状态及分析30-32
• 3.3.2 E类功率放大器的参数计算和调整32-33
• 3.3.3 参数改进型E类功率放大器33-35
• 3.4 全桥整流及E类整流电路35-38
• 3.4.1 全桥整流电路及E类整流电路设计35-38
• 3.4.2 全桥整流电路和E类整流电路对比38
• 3.5 阻抗匹配网络38-40
• 3.5.1 DC/DC变换器38-40
• 3.5.2 阻抗匹配网络的对比分析40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 磁耦合谐振式传输特性分析及仿真研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 两级线圈能量传输距离变化仿真分析41-43
• 4.3 综合指标的提出43-45
• 4.4 负载调制型E2传输结构45-48
• 4.5 参数改进型E类功率放大器48-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 磁耦合谐振式传输特性实验53-60
• 5.1 引言53
• 5.2 两线圈距离传输特性实验53-54
• 5.3 负载调制型E2结构传输特性实验54-56
• 5.4 参数改进型E类功率放大器传输特性实验56-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 傅文珍;张波;丘东元;王伟;;自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计[J];中国电机工程学报;2009年18期

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本文编号：700364